供水消火栓的壓力，是船舶水滅火系統運行時的重要參數。任何浮态下，營運船舶消火栓的壓力都應達到法定最低要求。

黏性會阻滞流體的運動，是流體的固有屬性之一。假想沒有黏性的流體稱為理想流體。為探讨理想狀态下，國内航行海船供水消火栓的壓力與自身高度、消防泵揚程(壓頭)之間的關系，本文以應急消防泵運行時産生的流場為研究對象，假設海水為不可壓縮的理想流體，泵在額定排量、額定揚程(壓頭)工作。

主消防泵運行時，理想狀态下供水消火栓壓力的計算可參考本文。

法規的要求

1.消火栓的數量和位置，應至少能有2股不是由同一消火栓射出的水柱，其中1股僅用1根單個長度的消防水帶射至船舶在航行時乘客或船員經常到達的任何部位，以及空艙時的任何貨物處所、任何滾裝處所或任何特種處所。對後一情況，2股水柱中每股均應能僅用1根單個長度的消防水帶即能射至該處所的任何部位。此外，這些消火栓應位于靠近被保護處所的入口處。

駕駛室一般位于船舶最高處，是船員經常到達的處所，應至少被2股不是同一消火栓射出的水柱(其中1股僅用一盤消防水帶)所覆及，其所連接的消火栓應位于靠近駕駛室的入口處，便于水帶連接。

2.船舶在應急消防泵工作并通過規定的水槍和有效的消火栓提供規定的水量時，全部消火栓處應維持規定的最低壓力。

上述“壓力”是壓強的習慣表述，各規則對“最低壓力”的适用範圍略有不同，但1000總噸及以上貨船要求是一緻的，6000總噸及以上要求0.27Mpa，6000總噸以下要求0.25Mpa。

實際操作時出水量難以估算，可根據規則中“2000總噸及以上的貨船，如任何一艙失火會使所有的消防泵失去作用，則應有固定式獨立驅動的動力操縱應急消防泵作為替代設施，該泵應能供給2股水柱”的表述，開啟兩座相鄰消火栓打出兩股水柱作為“達到要求的排放水量”的替代措施。前文已假設泵在額定排量工作，計算不涉及實操，隻需将供水消火栓的排量認為是額定排量的一部分即可。

概念釋義

1.單位重量流體機械能的計量

重量是物體受重力作用大小的度量，基本單位是牛頓(N)，單位重量即1N。功和能量的标準單位是焦耳(J)，1J等于1N·m，可理解為物體在1N力的作用下運動1m，力對其所做的功，即物體的能量增加量。

單位重量流體(簡稱1N流體)所具有的機械能若為10J，可等價理解為物體在1N力作用下運動10m所增加的能量，即10m·1N，因此，我們常用基本長度單位m，來計量1N流體所具有或變化的機械能。

2.恒定流場理想流體的能量方程

消防泵穩定運行時，流體恒定流動，泵前和泵後兩流場中各空間點流體的運動參數不變，可認為是恒定流場。将流場中每1N流體視為一點，則任兩點之間的關系：

公式(1)即恒定流場理想流體的能量方程，也稱伯努利方程。U2/2g表示恒定流場中某一點的動能，又稱速度水頭。P/gρ表示某一點的壓強勢能，又稱壓強水頭。Z表示某一點的位置勢能，又稱位置水頭。三者之和表示某一點的總機械能，又稱總水頭。伯努利方程可理解為恒定流場内任一點，所具有的總水頭相同。

3.離心泵的揚程

離心泵通過泵葉對流體做功，增加流體的機械能，可理解為流體的能量補充站。

泵的揚程(ΔH)表示泵對每1N流體做功的能力，即1N流體能量的增加量。泵的銘牌上，揚程一般用長度計量。揚程也稱壓頭，當表述為壓頭(ΔP)時，用壓強計量，常用單位為Mpa。

宏觀上，流體流經泵葉前後，過流斷面截面積、相對高度變化很小，可認為無變化，另流量是恒定的，所以流速不變。

若泵前1N流體的機械能是U2/2g P/gρ Z，泵對其做功後，機械能增加一個揚程或壓頭，即U2/2g P/gρ Z ΔH或U2/2g (P ΔP)/gρ Z。做功前後，速度水頭、位置水頭不變，壓強水頭增加，增加的量即壓頭ΔP，對應的機械能增加量為ΔH或ΔP/gρ。從上述分析可得揚程與壓頭的關系：

ΔH=ΔP/gρ （2）

從公式(2)可知，揚程與壓頭的關系與流體密度有關，若某泵介質為海水，壓頭0.75Mpa，簡單估算時，揚程可取75m。

4.全壓、流速的測量

規則中供水消火栓壓力是指全壓，為解釋全壓的概念，借用測流速的皮托管作說明。

圖1 皮托管模型

圖1中，流體來流速度為u，在流場中A點放一直立的測壓管Ⅰ(管口截面平行于流線)，管Ⅰ内液柱較A點高HⅠ，同一流線上的B點放一迎向來流彎成直角的測速管Ⅱ(管口截面垂直于流線)，管Ⅱ的液柱較B點高HⅡ，比管Ⅰ的液柱高h。A、B兩點位置較近，可認為相對高度相同。

管Ⅰ未對A點流體造成阻滞，A點流速與來流速度相同。管Ⅱ阻擋了B點流體的運動，流速降為0，行成駐點B。

駐點B的壓強稱為全壓，對應液柱高度為HⅡ，等于PB/gρ。

全壓可理解為液壓表正對水流方向測得的壓力。

A、B各代表所在位置1N流體時，機械能相等：

将ZA=ZB、UA=u、UB=0代入公式(3)：

PB/gρ=u2/2g PA/gρ (4)

管I、管II中的水均為靜止狀态，PB=PA gρh，代入公式(4)：

u=(2gh)1/2 （5）

5.分岔管模型

理想狀态下，消防泵穩定運行，開啟兩座消火栓送水時，可将流場簡化為分岔管模型進行分析。

圖2 分岔管模型

圖2中，ABC為兩股流體的虛拟分界面，将上下兩股流體視為兩個恒定流場。在過流面1-1，上下兩股流體實際上是一股流體，每1N流體的機械能相同，上下兩個恒定流場在過流面1-1上各取1N流體，機械能相等：

它們與過流面2-2、過流面3-3上任1N流體的關系是：

6.絕對壓強與計示壓強

以絕對真空為零點起算的壓強稱為絕對壓強。以當地大氣壓為零點起算的壓強稱為相對壓強。相對壓強可由液壓表直接測出，又稱計示壓強。

實際工作中，為便于測量液壓，簡化計算，常使用計示壓強，包括前述“最低壓力”，這并不影響伯努利方程的使用，前後标準統一即可。

供水壓力的計算

圖3設海平面位置為0，氣壓為P大氣壓 ，本文使用伯努利方程時，采用計示壓強，P大氣壓取0；取距吸水口較遠的(想象成無限遠)過流斷面，該斷面可認為面積無限大，流速無限趨近于0，計算時取0；該斷面與海平面相交處取1 N的海水A；消防泵入口過流斷面取1N的海水B，高度、壓力、流速分别為HB、PB、UB；消防泵出口過流斷面取1N的海水C，高度、壓力、流速分别為HC、PC、UC；取一供水消火栓内1N的海水D，高度、壓力、流速分别為HD、PD、UD，因内部空間較小，可用D代表該消火栓，壓力為P全壓。

圖3 消防泵工作時的流場

A為靜止流體，在靜止流體中的任意一點，其靜壓強的大小在各方向上都相等，即PA=P大氣壓。B、C分别在泵前、泵後，計算時近似認為高度相同。

同一穩定流場A、B機械能相同：

C具有的機械能較B多一個泵的揚程ΔH或壓頭ΔP：

C、D處于同一穩定流場，機械能相同：

根據全壓的定義，可知：

處理各式，可知供水消火栓壓力P全壓與消防泵揚程(壓頭)、消火栓高度的關系：

兩邊同乘gρ：

從公式(16)、(17)可以看出：壓力與泵的位置無關；揚程(壓頭)不變，HD最大時，壓力最小。

船舶在空載吃水時，設最高位置的消火栓為D，D所能達到的最高位置，也是船上消火栓所能達到的最高位置，隻需估算出HD，即可算出理論上是否滿足要求，舉例說明。

例1，某貨輪近海航區，總噸1946，型深6.6m，空載吃水2.23m，駕駛室下生活區兩層總高約5m，駕駛室兩舷各有一消火栓，高約0.7m，所配應急消防泵壓頭0.33Mpa。

由船舶概況計算可知，消火栓高點距空載吃水時水面高度約10m。

開啟駕駛室兩舷消火栓，起動應急消防泵，設泵在額定工況運轉，使用理論公式計算：P全壓=0.33Mpa-10m/gρ≈0.23Mpa，低于最低壓力0.25Mpa的要求，理論上即不滿足法定要求，考慮各種因素後，隻會更低。

例2，某貨輪近海航區，總噸2989，型深7.4m，空載吃水1.774m，駕駛室下生活區兩層總高約5m，駕駛室兩舷各有一消火栓，高約0.7m，所配應急消防泵揚程30m。

消火栓高點距空載吃水時水面高度約11.3m。

P全壓=(30-11.3)·0.01Mpa=0.187Mpa，不滿足法定要求。

在實踐中，我們可以直接口算，将泵的揚程減去最高消火栓在船舶空載時的高度得出剩餘量，然後按1m對應0.01Mpa換算，看剩餘量是否滿足要求；或将最高消火栓在船舶空載時的高度按1m對應0.01Mpa換算成壓力，用壓頭減去前者看剩餘量是否滿足要求。

上述兩案例數據源自船檢系統，存在此類問題的船舶，總噸多為3000以下，建議船檢機構檢驗小型船舶時，認真核對規則的要求，現有小型船舶轉入CCS的，入級檢驗時也應注意這種情況。

供水消火栓壓力達不到要求的，實際壓力不可能達标。理論上滿足要求的，不代表實際壓力也達标，還需考慮影響消火栓壓力的其它因素。

影響消火栓壓力的其它因素

實際上，海水存在黏性，消防管粗糙度不一的内壁面也會對流體産生阻滞和擾動效應，損耗流體的機械能，造成沿程水頭損失。管系中有彎管、閥門、變徑管等裝置。流體進入後，流體與裝置、流體内部各質點之間會撞擊，産生漩渦，流動紊亂，流速重新分布，這一過程也會損耗流體的機械能，造成局部水頭損失。沿程水頭損失可用沿程水頭損失公式估算，局部水頭損失的成因複雜，與裝置形狀、來流速度等變量密切相關，目前，絕大多數局部水頭損失理論上無法直接計算，隻能靠試驗得出局部阻力系數再應用于實踐。

若要相對準确的估算終端消火栓的壓力，需要根據具體管系的布置，結合管徑、管長、流速、溫度、流速、流體類型、管壁粗糙度、沿程阻力系數、消火栓高度、局部裝置形狀、局部阻力系數等各種因素進行計算和試驗，得出總的水頭損失。其它條件不變時，管系造成的水頭損失會衰減終端壓力。

船舶在設計消防管系、選配消防泵時，應充分考慮産生水頭損失的原因，采取應對措施降低損失。建議在可行的範圍内，采取增大管徑、減小管長、減少管壁粗糙度、增大彎管轉彎半徑、管路變徑時使用漸變管、減少彎頭閥門等局部裝置、改善局部裝置邊界流線性能、避免各過流斷面形狀突變等措施，減小水頭損失。還應在管路、皮龍的耐壓能力内，采用壓頭富餘量較大，足以克服水頭損失的消防泵。必要時，可對完工後的消火栓測壓，确保各消火栓壓力均能達到法規的最低要求。

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